太赫茲頻段在電磁波譜上位于紅外和微波之間,兼具寬帶性、低能性、高透性、指紋性等諸多優(yōu)勢特性,在航空航天、無線通信、國防安全、材料科學(xué)、生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景.太赫茲科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用在很大程度上受限于源的水平,新型太赫茲輻射源的機理研究和器件研制至關(guān)重要.自旋太赫茲發(fā)射不僅從物理上提供了操控飛秒自旋流的可能,而且有望成為下一代超寬帶、低成本、高效率新型太赫茲源的優(yōu)選.本文系統(tǒng)地綜述了自旋電子太赫茲源的發(fā)展歷程、實驗裝置、發(fā)射機理、材料選擇,以及前景展望,重點介紹了飛秒激光誘導(dǎo)的超快自旋流、鐵磁和非磁界面的自旋電荷轉(zhuǎn)換以及太赫茲發(fā)射等物理機制方面的研究進展.本文還分別介紹了基于重金屬、拓撲絕緣體、Rashba界面和半導(dǎo)體等體系的自旋電子太赫茲源. 

【文章來源】：物理學(xué)報. 2020,69(20)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

透射式太赫茲發(fā)射譜儀的光路示意圖

非線性晶體是通過光整流效應(yīng)產(chǎn)生太赫茲輻射.當飛秒激光在非線性晶體中傳播時,不同頻率成分的光在晶體中的差頻作用會產(chǎn)生一個低頻極化電場,從而向外輻射太赫茲波.除了Li Nb O3,Zn Te等常用的無機晶體外,DAST,DSTMS,OH1等有機晶體也能與飛秒激光作用產(chǎn)生較強的太赫茲輻射[16–18].非線性晶體與飛秒激光作用產(chǎn)生的太赫茲輻射具有信號強度大、頻譜范圍寬的優(yōu)點,但由于非線性晶體存在聲子吸收以及損傷閾值等因素,難以進一步提高抽運激光的能量,因此無法產(chǎn)生更強的太赫茲輻射.此外,這些非線性晶體無法批量生長,價格較高,且尺寸受到限制.自旋電子太赫茲源(圖2)利用飛秒激光和鐵磁薄膜的相互作用產(chǎn)生太赫茲波自旋電子太赫茲源不僅可以產(chǎn)生超寬帶太赫茲輻射,而且還可以實現(xiàn)強場太赫茲輻射,同時還具有高效、廉價的特點,在眾多太赫茲源中,具有獨特的優(yōu)勢.相較于電光晶體的尺寸受限,磁性多層膜可以使用磁控濺射設(shè)備大規(guī)模低成本均勻制備.2017年,Seifert等[19]提出可以使用擴束后的激光脈沖(能量為5.5 m J,中心波長為800 nm,持續(xù)時間為40 fs,重復(fù)頻率為1 k Hz)來激發(fā)強場太赫茲發(fā)射.他們采用半高寬為4.8 cm的飛秒激光作用到大面積的自旋薄膜上,成功產(chǎn)生持續(xù)時間僅為230 fs的單周期太赫茲脈沖,且峰值電場高達300 k V/cm.

自旋軌道耦合也帶來了SHE的逆過程,即逆自旋霍爾效應(yīng)(inverse spin Hall effect,ISHE).ISHE將一個縱向的自旋流js轉(zhuǎn)化成橫向的電荷流jc∝θSHjS,其中θSH代表了材料的自旋霍爾角.在鐵磁共振實驗中,研究人員已經(jīng)將ISHE用于自旋流的探測中[53,54].類似地,磁性材料在飛秒激光的作用下產(chǎn)生超快自旋流,并且注入到強SOC的非磁層中,ISHE將超快自旋流轉(zhuǎn)化為超快電荷流,從而產(chǎn)生太赫茲輻射(圖3).3.2.2 逆埃德爾斯坦(Edelstein)效應(yīng)


本文編號：3217856